Mineral and organic pollution in river Sabor (Northeastern Portugal): ecotoxicological effects on freshwater fauna

Aquatic ecosystems are final collectors of all kinds of pollution as an outcome of anthropogenic inputs, such us untreated industrial and municipal sewage and agricultural pollutants. There are several aquatic ecosystems that are threatened by mineral and organic pollution. In Northeastern Portugal, near Bragança, different watercourses are suffering negative impacts of human activities. It has been developed several studies in the monitoring of environmental impacts in these river basins, namely in Rio Fervença, affected by organic pollution, and in Portelo stream, affected, since 2009, by the collapse and continuous input of mining deposits. In this sense, the present study aimed to continue the monitoring study of ecological status of freshwater ecosystems of Northeastern Portugal, namely the following objectives: a) mineral pollution effects of mining deposits sudden incorporated into Portelo stream; b) organic pollution due to domestic and industrial inputs in River Fervença. Also, since fish are useful experimental models to evaluate toxicological mechanisms of contaminants, c) acute toxicity tests with Cu were conducted in laboratory conditions. During 2015/2016, it was made abiotic and biotic characterization of 16 sampling sites distributed by both Portelo and Fervença rivers, tributaries of main River Sabor (Douro Basin). Several physicochemical parameters were determined and Riparian Quality (QBR Index) and Channel Quality (GQC) Indexes were determined for habitat evaluation. Fish and invertebrate communities were sampled, according to protocols of Water Framework Directive (WFD). Several metrics were determined, with particular emphasis on the Biotic Index IBMWP and the Northern Portuguese Invertebrate Index (IPtIN). Acute toxicity tests were conducted with an Iberian fish species, common barbel (Luciobarbus bocagei) and some plasmatic electrolytes levels were evaluated, to assess their contribution to mitigate osmoregulatory adverse effects of Cu. Also, same electrolytes were measured after changing to clean water, in attempt to assess fish capacity to reverse this situation. Results obtained for both rivers showed a significant level of disturbance that affected decisively water, habitat and biological quality of aquatic ecosystems. Mineral and Organic Pollution in River Sabor (NE Portugal): Ecotoxicological Effects on Freshwater Fauna Due to this change of environmental conditions in Portelo stream (extreme pH values, high conductivity and presence of heavy metals), several biological metrics (e.g. taxonomic richness, abundance, diversity, evenness) confirmed, comparatively with reference sites, a substantial decrease on ecological integrity status. The same pattern was found for Fervença River; however other water parameters, namely the content of most limiting nutrients (e.g. N and P) seemed to have more influence in the composition and structure of macroinvertebrate and fish communities. In fact, despite the operation of the Sewage Treatment Plant of Bragança, Fervença River presented significant levels of disturbance that affected decisively the quality and ecological integrity of the aquatic ecosystem. The synergic effect of domestic and industrial pollution, intensive agriculture, regulation and degradation of aquatic and riparian habitats contributed to the decrease of ecological condition, namely in the downstream zones (after Bragança). The results for acute toxicity, showed that fish can change Na+ and K+ levels face to Cu exposition and, depending of Cu concentration tested, can also return to normal levels, providing some insights to that are believed to occurred in fish population, near the Portelo mines. The low ecological integrity status detected in the lotic ecosystems in NE Portugal as a result of mineral and organic pollution deserves the development of several measures for rehabilitation and improving of water quality. On the other hand, environmental education actions are needed to contribute to improvement of ecological integrity of the river and its conservation.

Os ecossistemas aquáticos são os recetores finais de todos os tipos de poluição, caso dos esgotos industriais e urbanos não tratados e dos poluentes agrícolas. No Nordeste de Portugal, na proximidade de Bragança, diferentes cursos de água são alvo de impactos negativos resultantes de diferentes atividades humanas. Nos últimos anos têm sido desenvolvidos diversos estudos na monitorização dos impactos ambientais nessas bacias hidrográficas, seja no Rio Fervença, afetado pela poluição orgânica, seja na Ribeira do Portelo, afetado, a partir de 2009, pelo colapso das escombreiras e entrada contínua de depósitos de minério. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo continuar o estudo de monitorização do estado ecológico dos ecossistemas aquáticos do Nordeste Portugal, nomeadamente: a) efeitos da poluição mineral resultante do colapso e entrada na rede hídrica de depósitos de minério, outrora explorados nas minas do Portelo; b) efeitos da poluição orgânica devido às entradas de efluentes domésticos e industriais no rio Fervença. Para além da abordagem ecológica foi ainda realizada uma abordagem fisiológica baseada em testes de toxicidade aguda. Uma vez que os peixes são modelos experimentais úteis para avaliar mecanismos toxicológicos de contaminantes foram realizados c) testes de toxicidade aguda com cobre (Cu) em condições de laboratório. Durante 2015/2016, foi feita a caracterização abiótica e biótica em 16 locais de amostragem distribuídos por ambos os rios Portelo e Fervença, afluentes do rio Sabor (Bacia do Douro). Foram determinados vários parâmetros físico-químicos e avaliada a qualidade do habitat ribeirinho e aquático através de índices de Qualidade Ripária (Índice QBR) e do Canal (GQC). As comunidades de peixes e invertebrados foram amostrados de acordo com os protocolos da Directiva-Quadro da Água (DQA). Foram calculadas várias métricas, com particular destaque para o Índice IBMWP e o Índice de Invertebrados do Norte Português (IPtIN). Realizaram-se testes de toxicidade aguda numa espécie piscícola presente na bacia hidrográfica, caso do barbo comum (Luciobarbus bocagei) tendo sido avaliados alguns eletrólitos plasmáticos níveis, para avaliar a sua contribuição na mitigação dos efeitos adversos de osmorregulação associada ao Cu. Além disso, os mesmos eletrólitos plasmáticos foram medidos depois de mudar a água, na tentativa de avaliar a capacidade dos peixes para reverter esta situação. Os resultados obtidos em ambos os rios mostraram um nível significativo de perturbação que afetou decisivamente a qualidade da água, habitat e biota. Devido a essa mudança nas condições ambientais da ribeira do Portelo (e.g. valores de pH extremos, elevada condutividade e presença de metais pesados), várias métricas biológicas (e.g. riqueza taxonómica, abundância, diversidade, equitabilidade) confirmaram, comparativamente com os locais de referência, uma diminuição substancial na integridade ecológica dos ecossistemas. O mesmo padrão foi encontrado para o rio Fervença. No entanto, outros parâmetros da água, como por exemplo, a concentração de nutrientes limitantes (e.g. N e P) parecem ter mais influência na composição e estrutura das comunidades de macroinvertebrados e peixes. Na verdade, apesar do funcionamento da ETAR de Bragança, o rio Fervença apresentou níveis significativos de perturbação que afetaram decisivamente a qualidade e integridade ecológica do ecossistema aquático. O efeito sinérgico da poluição doméstica e industrial, agricultura intensiva, regulação e degradação de habitats aquáticos e ribeirinhos contribuiu para a diminuição da condição ecológica, especialmente nas zonas a jusante (depois de Bragança). Os resultados de toxicidade aguda, mostraram que os peixes podem mudar os níveis de Na+ e K+ para enfrentar a exposição ao Cu e, dependendo da concentração de Cu testado, podem também retornar aos níveis normais, fornecendo algumas informações acerca do que poderá ter ocorrido na população nativa de peixes, localizada na proximidade das minas do Portelo. A baixa integridade ecológica detetada nos ecossistemas lóticos do NE Portugal, afetados pela poluição mineral e orgânica merece o desenvolvimento de várias medidas para a reabilitação de habitats e melhoria da qualidade da água. Por outro lado, ações de educação ambiental são necessários para contribuir para a melhoria da integridade ecológica do rio e sua conservação.